Биомеханика пищеварительной системы

Пищеварительный аппарат своим назначением имеет принятие пищи извне, механическую и химическую ее обработку и выведе­ние во внешнюю среду неиспользованных пищевых остатков. Конечным результатом этого процесса является перевод пищевых веществ в растворимое состояние и всасывание их в кровь, посред­ством которой они доставляются живым тканям.

Пищеварительный аппарат можно рассматривать как своего рода трубку (общей длиной 10—14 м), начинающуюся краниаль-но — ротовой щелью и заканчивающуюся каудально — задним про­ходом. У человека различают: полость рта, глотку, пищевод,

желудок, тонкую и толстую кишку. Последние четыре отдела вхо­дят в понятие пищевого канала.

Стенки пищевого канала на всем протяжении состоят из трех оболочек: слизистой, обращенной в просвет канала; серозной, по­крывающей органы снаружи; и мышечной.

Мускулатура пищеварительного аппарата служит передвиже­нию принятой пищи в кранио-каудальном направлении, обеспе­чивает перемешивание ее для возможно большего контакта с пи­щеварительными соками и регулирует переход пищевых масс из одного отдела в другой.

Основными функциями пищеварительного аппарата являются секреторная, моторная и всасывательная. Секреторная функция заключается в выработке железистыми клетками пищеваритель­ных соков: слюны, желудочного, поджелудочного и кишечного соков и желчи. Моторная, или двигательная, функция осуществ­ляется мускулатурой пищеварительного аппарата и обеспечивает жевание, глотание и передвижение пищи вдоль пищеварительного тракта, а также выбрасывание непереваренных остатков. Вса­сывание осуществляется слизистой оболочкой желудка, тонких и толстых кишок. Сокращение гладких мышечных волокон стенки желудка обеспечивает моторную, иначе говоря, двигательную функцию желудка. Значение ее состоит в перемешивании содер­жимого желудка и передвижении пищи из желудка в кишку. Пе­ристальтика осуществляется непрерывно с определенным ритмом и скоростью. Так, перистальтика желудка составляет 3 м (3 волны в минуту), а кишечника — 6 м/с, но изменяется при некоторых заболеваниях.

Перистальтика обеспечивает перемешивание, растирание и про­движение химуса. Она обусловлена последовательно смещающи­мися сокращениями и расслаблениями гладкомышечной мускула­туры (циркуляторной и продольной).

При физиологическом исследовании кишечника можно выявить две формы бегущих волн деформации: стоячие волны, наблюдаемые в эксперименте на изолированной кишке (или ее сегменте), и волны, распространяющиеся в продольном направлении, которые вызыва­ют изменения внутриполостного давления и объема кишки.

Наряду с секреторной, органы пищеварительного тракта осу­ществляют также экскретную функцию, состоящую в выделении из организма некоторых продуктов обмена (например, желчных пигментов) и солей тяжелых металлов.

Все функции органов пищеварения подчинены сложным нерв­ным и гуморальным механизмам регуляции.

Схема расположения внутренних органов представлена на рис. 17.35, а, а на рис. 17.35, б представлено моделирование механиче­ских связей.

Продвижение и переваривание пищи в желудочно-кишечном тракте происходит в результате перистальтики желудка и кишок. Перистальтические движения наступают в результате сокращения мускулатуры, происходит как бы волнообразное движение. Эва-куаторная функция желудка связана с перистальтическими сокра­щениями мускулатуры и поступлением пищи в двенадцатиперст­ную кишку.

При нарушении перистальтики возникает метеоризм, колиты и другие нарушения; замедление эвакуации желудочного содер­жимого наблюдается при хронических гастритах.

В норме пустой желудок находится в спавшемся состоянии, а при поступлении пищи — начинается перистальтическая функ­ция. Перистальтика желудка обусловлена тонусом желудочной мускулатуры.

О перистальтике желудка, т. е. о состоянии тонуса мускулату­ры, можно судить по данным рентгенологического исследования, по электрогастрографии или по радиотелеметрии и др.

Желудочно-кишечный тракт, как полый орган с гладкой муску­латурой, функционирует в результате сокращения кишечной мус­кулатуры.

Главные функции кишечника — секреторная, двигательная и вса­сывательная — осуществляются неодинаково в разных отделах.

Секреторная, или пищеварительная, функция в основном осу­ществляется в верхнем отделе тонкого кишечника. Главную роль в выполнении этой функции играют выделяющиеся здесь фермен­ты поджелудочной железы, желчь и др.

Некоторую роль в кишечном пищеварении играют ферменты, выделяемые бактериями, населяющими кишечник. Тонкокишечное пищеварение касается всех групп пищевых веществ — жиров, бел­ков, углеводов, нуклеиновых кислот.

Двигательная функция кишечника. В тонких кишках наблю­дается два вида движений: перемешивающие, способствующие сме­шиванию кишечного содержимого с пищеварительными соками, и перистальтические, при которых происходит сокращение как круговой, так и продольной мускулатуры кишок. Сокращения

круговой мускулатуры совершаются таким образом, что выше пищевого комка она сокращается, а ниже него расслабляется. Это способствует продвижению пищевой массы вперед. Сокращение продольных мышечных волокон вызывает укорочение соответст­вующего участка кишки и как бы надвигание его на пищевую массу,

благодаря чему последняя опять-таки оказывается в более дисталь-ном, т. е. расположенном ближе к толстой кишке участке.

В верхней части тонкой кишки продвижение пищевых масс про­исходит быстро, в нижней — замедляется. Все движения в тонких кишках происходят под влиянием импульсов, возникающих в ауэр-баховском и мейснеровском сплетениях.

Двигательная функция толстой кишки сводится в основном к проталкиванию каловых масс по направлению к заднему прохо­ду. В толстом кишечнике происходит три вида движений: малые и большие маятникообразные движения, при которых происхо­дят перемешивание содержимого и уплотнение его благодаря вса­сыванию жидких частей, перистальтические движения, способствую­щие продвижению каловых масс по направлению к прямой кишке. Все движения в толстых кишках происходят медленнее и реже, чем в тонких.

Поступление каловых масс в прямую кишку влечет за собой де­фекацию. Дефекация является рефлекторным актом, вызываемым раздражением каловыми массами нервных окончаний в слизистой оболочке прямой кишки. Это раздражение проводится к центру, расположенному в поясничной части спинного мозга. При этом воз­никают непроизвольные сокращения прямой кишки при одновре­менном открытии ее сфинктера. К ним присоединяется натужива-ние, заключающееся в произвольном сокращении мышц брюшного пресса. Эти сокращения повышают внутрибрюшное давление и тем самым способствуют лучшему извержению кала. Рефлекс дефе­кации может быть временно подавлен волевым усилием под влия­нием импульса из коры головного мозга.

Расстройства секреторной функции кишечника могут вы­разиться в уменьшении или в увеличении выделения кишечного сока.

Расстройства двигательной функции кишечника выражаются в ускорении или замедлении продвижения содержимого по кишеч­ному тракту. Вследствие ускоренного продвижения кишечного со­держимого жидкие части его не успевают всосаться. В результате этого наступает диарея. При медленном продвижении и длительном пребывании в кишечнике каловые массы сильно уплотняются, в результате чего наступает запор.

Расстройство всасывательной функции кишечника выражается в недостаточном всасывании пищевых веществ в кишках. Эти расстройства зависят либо от слишком быстрого прохождения

содержимого по кишечнику вследствие усиления перистальтики, либо от патологических изменений в кишечной стенке, или наруше­ния кровообращения в ней вследствие сердечной недостаточности, или застоя в системе воротной вены, либо, наконец, от недос­таточности переваривания пищи в кишечнике, что препятствует переходу ее во всасываемую форму.

17.4. Биомеханика опорно-двигательного аппарата (ОДА)

Опорно-двигательный аппарат подразделяют на пассивный (скелет и его соединения) и активный (мышцы) компоненты.

Под скелетом вообще понимают комплекс более или менее плот­ных образований, имеющих в жизни организма преимущественно механическое значение. Вокруг частей скелета человека группи­руются мягкие ткани и органы; этим объясняется соответствие между формой скелета и формой всего тела.

Скелет человека выполняет локомоторную функцию. Пассив­ная часть аппарата движения включает в себя кости и их соеди­нения. Механические функции скелета способны обеспечивать опору, защиту и движение. Опорная функция заключается в при­крепления к скелету мышц, связок и сухожилий. Под защитой понимают ограждения внутренних органов от механических по­вреждений. Движение осуществляется благодаря наличию кост­ных рычагов, приводимых в действие мышцами.

Скелет взрослого человека состоит более чем из 200 отдельных костей, преобладающая часть их— парные.

Скелет человека (рис. 17.36) подразделяют на основные части: череп, позвоночник, грудную клетку, верхние (включая плечевой пояс) и нижние (включая тазовый пояс) конечности.

Череп состоит из неподвижно сочлененных костей (исключение составляет височно-нижнечелюстной сустав). Череп служит опо­рой и защитой многим важнейшим органам. Череп образует полость, которая представляет как бы конечное расширение по­звоночного канала и заключает в себе головной мозг с его оболочка­ми и сосудами.

Позвоночный столб составляется из всех истинных позвонков, крестца, копчика и межпозвоночных хрящей со связочным и сус­тавным аппаратом (рис. 17.37).

Движения между отдельными позвонками малы, но, суммиру­ясь, они сообщают позвоночному столбу значительные переме­щения. Причем позвоночный столб может совершать движения вокруг всех осей: фронтальной, сагиттальной, вертикальной.

Возможны следующие движения позвоночного столба: 1) вокруг фронтальной оси — сгибание и разгибание (первое — гораздо зна­чительнее), наиболее свободные из всех движений позвоночника; 2) вокруг сагиттальной оси — сгибание в сторону (иначе — отве­дение позвоночника от срединной плоскости); вокруг вертикаль­ной оси — повороты (скручивание); 4) пружинное движение, при котором измеряют величину кривизны позвоночника (например, при

прыжках). Большей подвижностью отличаются верхний пояс­ничный и шейный отделы.

Межпозвоночные хрящи уменьшают толчки и сотрясения, обра­зуют соединения прочные, но вместе с тем достаточно эластичные, допускающие движения во все стороны. Величина движений значительнее в том отделе позвоночника, где хрящи толще.

Каждому грудному позвонку соответствует пара ребер, из них 7 верхних соединяются своими передними концами с грудной костью.

Позвоночник подразделяют на пять отделов: шейный (С, — С₇), грудной (Г, — Г₁₂), поясничный (L, — L₅), крестцовый (S, — S₅), копчиковый (4—5). Длина позвоночника мужчины равняется в среднем 73 см, причем на шейный отдел приходится 13 см, на грудной — 30 см, на поясничный — 18 см и на крестцово-копчико-вый — 12 см. Позвоночник женщины имеет длину в среднем 69 см. В старческом возрасте наблюдается укорочение позвоночни­ка на 5—7 см. В общем длина позвоночного столба составляет око­ло 2/3 всей длины тела.

Функциональное значение позвоночника чрезвычайно велико: он поддерживает голову, служит гибкой осью туловища, принима­ет участие в образовании стенок грудной и брюшной полостей и таза. В позвоночном канале помещается спинной мозг, его обо­лочки и сосуды.

Опорно-двигательная функция позвоночника во многом опре­деляется структурными и механическими свойствами межпозво­ночных дисков, соединяющих тела соседних позвонков, а также связок, соединяющих тела, дуги и отростки позвонков.

Между отдельными позвонками имеются соединения, которые связывают: 1) их тела; 2) дуги и 3) отростки. Поверхности тел двух смежных позвонков, обращенные друг к другу, соединяются меж­позвоночными хрящами, который отсутствует только между I и II шейным позвонками. Число этих хрящей в позвоночнике взрос­лого равняется 23, толщина хряща от 2 мм (в средней грудной облас­ти) до 10 мм у нижних поясничных позвонков. Кроме того, толщина неодинакова и в различных пунктах одного и того же хрящевого диска. Общая высота всех хрящей составляет приблизительно чет­верть длины всего позвоночного столба (не считая крестцовой кос­ти и копчика).

Межпозвоночные хрящи прочно соединяют тела позвонков между собой, вместе с тем они допускают известную подвижность и играют роль эластических подушек.

Межпозвоночные хрящи выдерживают вес вышерасположен­ных отделов тела, а также демпфируют в силу своего строения удар­ные нагрузки, возникающие при ходьбе и беге, при постановке ноги на землю, при приземлении и др.

На среднем распиле позвоночника видно, что размеры тел позвонков увеличиваются в направлении сверху вниз; и можно выделить кривизны позвоночника в передне-заднем направле­нии — физиологический лордоз — изгиб, обращенный выпук­лостью кпереди; физиологический кифоз — изгиб выпуклости кзади и незначительное искривление позвоночника вбок — физио­логический сколиоз. Различают: лордозы — шейный и поясничный, кифоз — грудной и крестцовый (рис. 17.38). Кривизны позвоночни­ка возникают у человека в связи с вертикальным положением его тела (рис. 17.39).

Кости соединяются между собой с помощью: 1) непрерывных со­единений (при помощи соединительной ткани (синдесмозы) и посредством хряща (синхондрозы); 2) полусуставов (где соедине­ние осуществляется посредством хряща); 3) прерывных соединений (суставов, обеспечивающих высокую подвижность всего тела).

Суставы различаются по форме суставных поверхностей и сте­пени подвижности сочленяющихся костей (см. табл. 17.7).

Сустав называется простым, если в его образовании участвуют две кости, и сложным, если его образуют три кости и более. Сустав включает основные структурные элементы (хрящи, капсулу, сустав­ную полость) и вспомогательные образования (синовиальные склад­ки, внутрисуставные связки, внутрисуставные хрящи, суставные губы, сесамовидные кости).

К простым суставам относятся блоковидный сустав (см. табл. 17.7). К суставам со сложной кинематикой движения относят коленный сустав.

Наличие синовиальной жидкости в суставе, ее физико-механи­ческие свойства и свойства хряща обеспечивают функциональную конгруэнтность суставных поверхностей при локомоциях (движе­ниях). Питание внутрисуставного хряща происходит за счет интер-стициальной и синовиальной жидкостей. Синовиальная жидкость обладает важными свойствами для функционирования сустава (суставов), например, высокой упругостью. Удельный вес синовии

равен 1,07-10⁴ Н/м³, а относительная вязкость (по отношению к вязкости воды, которая составляет 1,002) колеблется от 5,7 до 1160.

От наличия синовиальной жидкости в суставе и ее свойств за­висит функция сустава.

С точки зрения кинематики, соединения (суставы) между от­дельными звеньями (костями) представляют собой кинематиче­ские пары, идеализированные схемы которых представлены в таб­лице 17.7.

Подвижность кинематических цепей обеспечивается работой мышц. Равнодействующая мышечных сил действует на кости, вра­щающиеся вокруг осей суставов.

Движение в суставах обеспечивается парой функциональных рабочих групп мышц: одноостные суставы обслуживает одна пара (две функциональные группы мышц); двухостные — две пары (четыре группы мышц); трехостные — три пары (шесть групп мышц).

Локомоторные движения осуществляет нервно-мышечный ап­парат (НМА). Для анализа движений и исследования их динамики необходимо знать размеры тела человека и отдельных его частей. Они измеряются в зависимости от пола, возраста, вида деятельно­сти и др.

В анатомо-физиологической практике принята классификация движений в суставах, связанных с осями плоскостей. Различают движения: 1) вокруг фронтальной оси (сгибание, разгибание); 2) вокруг сагиттальной оси (отведение, приведение); 3) вокруг про­дольной оси (вращение внутрь и вперед, вращение наружу).

Круговое движение совершается при переходе движения с од­ной оси на другую. При анализе движений в суставе, необходимо учитывать ограничения на эти движения.

Дата добавления: 2015-05-09